适合能量收集的有效振动

虽然“能量收集”自 2000 年初就出现了 (当时为其萌芽期)，但只是凭借近期的技术发展才将其推进至商业化阶段。简而言之，2010 年我们处在一个转折点并将迎来其“成长”阶段。运用能量收集技术的楼宇自动化传感器应用已经在欧洲得到推广，这表明其增长阶段也许已经开始。

现有的应用证实了能量收集的商业可行性

尽管能量收集的概念广为人知已有多年，但在某种真实环境中实现一个系统却很麻烦、复杂和昂贵。不过，有些市场已经采用了能量收集方法，其中包括运输基础设施、无线医疗设备、轮胎压力检测，而迄今为止最大的市场便是楼宇自动化。就楼宇自动化而言，诸如人体感应传感器、温度自动调节器和光开关等系统能够免除通常所需的电源或控制线路，而代之以一种机械或能量收集系统。

同样，运用能量收集技术的无线网络能够将一幢建筑物内任意数目的传感器连接起来，以通过在建筑物内无人的情况下切断非必要区域的供电来降低采暖、通风和空调 (HVAC) 以及照明成本。此外，能量收集电子线路的成本常常低于使用电源线路的成本，因此，选用收集电能技术显然会有经济上的收益。

典型的能量采集系统或无线传感器节点 (WSN) (由图 1 所示的 4 个主要的电路系统模块来表示) 通常包括一种免费能源，比如：连接在某个振动机械源 (如 HVAC 管道或窗玻璃) 上的压电换能器。这些小型压电器件能够将很小的振动或应变差转换为电能。该电能随后可由一个能量收集电路 (图 1 中的第二个模块) 进行转换并被变更为一种可用的形式，用于给下游电路供电。这些下游电子线路通常将包括某种类型的传感器、模数转换器和一个超低功率微控制器 (图 1 中的第三个模块)。上述元件可以获取该收集能量 (如今以电流的形式存在) 并唤醒一个传感器，以获得一个读数或测量结果，然后使该数据可通过一个超低功率无线收发器 (由图 1 所示电路链中的第四个模块来表示) 进行传输。
 

 
 免费能源         能量收集器/管理器    传感器、A/D、微控制器     无线发送器 / 接收器

图 1：典型能量采集系统的四个主要模块

有几种因素影响能量收集系统或 WSN 的功耗特性。表 1 概要罗列了这些因素。

表 1：影响无线传感器节点功耗的因素